Методические материалы (8) (4) (1) / Трехфазные цепи

Методическое пособие предназначено для студентов дневной и вечерней форм обучения по специальности 210200 «Автоматизация технологических процессов и производств» по курсу «Общая электротехника и электроника». В пособии дано описание трансформаторов и лабораторные работы по курсу «Общая электротехника и электроника».

Составители: Быковский Н.А., доц., канд. техн. наук

Рецензент: Рахман П.А. – к.т.н., доцент кафедры АТИС Кадыров Р.Р. – к.т.н., доцент кафедры АТИС

Уфа, 2018

2

3

1 ПРАВИЛА ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ В ЛАБОРАТОРИИ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

Лабораторные стенды и установки в лаборатории электротехники питаются от источников электрической энергии с напряжением 220 В. Поэтому при выполнении работ необходимо строгое соблюдение правил техники безопасности.

1.Нахождение посторонних лиц (в частности, студентов, свободных от выполнения работ) в лаборатории без ведома преподавателя, проводящего занятия, запрещается.

2.Приступать к выполнению лабораторного практикума можно только

после изучения инструкций и инструктажа по технике безопасности на рабочем месте. При этом обязательно оформление контрольного листа по т/б

всоответствии с требованиями.

3.Перед началом работы нужно изучить принципиальную схему установки настолько, чтобы свободно определять опасные элементы, как на схеме, так и на реальной установке.

4.Не подавать на схему напряжения до проверки ее преподавателем.

5.Не переносить самовольно отдельные детали и приборы с одного стенда на другой.

6.Перед включением рубильника проверить правильность установки рукояток автотрансформаторов и реостатов.

7.Не производить переключения проводов или разборку схемы при включенном рубильнике.

8.Не касаться металлических деталей, находящихся под напряжением.

9.Не производить самим замену предохранителей.

10.Не разбирать схему до проверки результатов опытов преподавателем.

11.Не оставлять включенную установку без присмотра. По окончании работы выключить установку согласно инструкции, сообщить об окончании работы преподавателю и привести в порядок рабочее место.

2 ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

2.1 Порядок выполнения лабораторных работ

Перед началом лабораторной работы студент обязан познакомиться с инструкциями по технике безопасности, прослушать инструктаж по т/б на рабочем месте и расписаться в контрольном листе инструктажа по т/б.

Прежде чем приступить к выполнению лабораторной работы,

4

необходимо изучить ее теоретическую часть, принципиальную схему установки, методику измерения величин, определенных в задании, и разработать план выполнения лабораторной работы.

После сборки электрической схемы и проверки ее преподавателем приступить к выполнению экспериментальной части. При измерении исследуемых величин обеспечивать максимальную точность. Полученные данные записывать в соответствующие таблицы. Необходимые вычисления производить аккуратно с точностью до третьей значащей цифры.

По окончании лабораторной работы показать преподавателю полученные результаты, и после разрешения приступать к разборке электрической схемы. Привести в порядок рабочее место.

2.2 Правила оформления отчета

Приступать к оформлению отчета по лабораторной работе следует после выполнения всех экспериментов и необходимых математических расчетов. Отчет оформлять на стандартных листах формата А4 с соответствующими рамками и угловыми штампами согласно ЕСКД. Все рисунки, схемы, элементы электрических цепей, графики должны быть выполнены согласно ЕСКД с помощью чертежных инструментов. При выполнении графиков на осях координат указывать откладываемые величины и единицы их измерения.

На титульном листе отчета должны быть указаны наименование министерства, университета, филиала, кафедры и самой лабораторной работы. Затем пишутся фамилия и инициалы студента, выполняющего работу, а также указывается его группа, а ниже – фамилия и инициалы преподавателя, проверяющего работу.

При оформлении лабораторной работы нужно указать все необходимые расчетные формулы. Вычисления производятся с точностью до третьей значащей цифры. В конце отчета необходимо указать список используемой литературы. Для защиты отчета по лабораторной работе необходимо подготовить ответы на контрольные вопросы.

2.3 Содержание отчета

Отчет по лабораторной работе должен содержать титульный лист, цель работы, приборы и принадлежности, задание на работу, электрические схемы, экспериментальные данные, расчетные формулы, графики, диаграммы и выводы.

3 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Основные понятия

Многофазной системой называется совокупность электрических цепей, называемых фазами, в которых действуют синусоидальные напряжения

5

одинаковой частоты, отличающиеся друг от друга по фазе. Чаще всего применяют симметричные многофазные системы, напряжения которых равны по величине и сдвинуты по фазе на угол 2π/m, где m – число фаз.

Наибольшее применение в практике имеет трехфазная система, созданная в 1891 г. русским ученым М.О. Доливо-Добровольским. Им были разработаны все звенья этой системы – генераторы, трансформаторы, линии электропередачи и трехфазные двигатели.

Под симметричной трехфазной системой ЭДС понимают совокупность трех синусоидальных ЭДС одинаковой амплитуды и частоты, сдвинутых по фазе на 1200.

3.2 Простейший генератор трехфазной ЭДС

N

C Y

ω

X A

B Z

S

Рисунок 3.1

Простейший генератор трехфазной ЭДС (рисунок 3.1) подобен простейшему генератору однофазной синусоидальной ЭДС. Он состоит из трех одинаковых жестко скрепленных друг с другом катушек, называемых фазами генератора. Плоскости катушек смешены в пространстве друг относительно друга на 1200. Начала обмоток (фаз) обозначаются буквами A, B, C, а концы - буквами X, Y, Z. При равномерном вращении обмоток в постоянном магнитном поле с угловой скоростью ω в них будут индуцироваться синусоидальные ЭДС. Эти ЭДС будут иметь одинаковую амплитуду, и сдвинуты по фазе друг относительно друга на 1200. Если ЭДС фазы А принять за исходную и считать ее начальную фазу равной нулю, то выражения для мгновенных значений ЭДС запишутся в следующем виде

eA Em sin t ;

eB Em sin( t 2 / 3) ;

где еА, еВ, еС – мгновенные значения ЭДС фаз А, В и С;

6

Еm – амплитудное значение ЭДС; ω – циклическая частота;

t – время.

Графики изменения ЭДС симметричной трехфазной системы представлены на рисунке 3.2.

e

eA eB eC

ωt

Рисунок 3.2

Для комплексов действующих значений ЭДС уравнения (3.1) запишутся в виде

Векторная диаграмма симметричной трехфазной системы представлена на рисунке 3.3. Очень часто при изображении векторной диаграммы трехфазной системы комплексную плоскость поворачивают на 900 (рисунок

3.4).

Видно, что для симметричной трехфазной системы сумма фазных ЭДС фазных равна нулю.

7

А A

На схемах обмотки (фазы) трехфазного генератора изображают, как показано на рисунках 3.5, 3.6.

За условные положительные направления фазных ЭДС принимают направления от конца к началу фазы. За условные положительные направления фазных напряжений принимают направления от начала к концу фазы.

3.3 Соединение фаз генератора

3.3.1 Несвязанная система

A a

Если фазы генератора и приемника электрически не соединены между собой, то они образуют несвязанную трехфазную систему (рисунок 3.7).

В несвязанной системе изменение режима работы одной фазы не сказывается на режиме работы другой фазы. Однако каждая фаза приемника соединяется с соответствующей фазой генератора двумя проводниками. Несвязанные системы не получили применения на практике вследствие их неэкономичности, вызванной большим числом проводников, соединяющих источник питания и приемники.

Более совершенными и экономичными являются связанные цепи, в которых фазы обмотки электрически соединены между собой.

8

3.3.2 Соединение фаз генератора звездой

А

Рисунок 3.8

При соединении фаз генератора звездой концы фазных обмоток X, Y и Z соединяются в общую точку N, которая называется нейтралью (рисунок

3.8).

Проводники, соединяющие начала фаз А, В и С генератора с потребителями называются линейными. Проводник, соединяющий нейтральную точку генератора с нейтральной точкой приемника, называется нейтральным или нулевым.

Напряжение, возникающее между линейным и нейтральным проводниками, называется фазным. Напряжение, возникающее между линейными проводниками, называется линейным.

Из второго закона Кирхгофа следует, что

UA

На рисунке 3.9 приведена векторная диаграмма фазных и линейных напряжений генератора при соединении его фаз звездой. На основании этой диаграммы и в соответствии с теоремой косинусов получаем уравнение, связывающее линейные и фазные напряжения

U2AB U2A U2B 2UAUB cos1200.(3.5) 9